电磁感应专题复习例析
高考物理电磁感应基础概念及典型题解析
高考物理电磁感应基础概念及典型题解析在高考物理中,电磁感应是一个重要且具有一定难度的知识点。
理解电磁感应的基础概念,并能够熟练解决相关的典型题目,对于在高考中取得优异成绩至关重要。
一、电磁感应基础概念1、磁通量磁通量是指穿过某一面积的磁感线的条数。
其计算公式为Φ =B·S·cosθ,其中 B 是磁感应强度,S 是面积,θ 是 B 与 S 法线方向的夹角。
如果 B 是均匀的,且 S 与 B 垂直,那么磁通量就可以简单地表示为Φ = B·S。
2、电磁感应现象当穿过闭合回路的磁通量发生变化时,回路中就会产生感应电动势,这种现象称为电磁感应现象。
产生的感应电动势如果形成了闭合回路,就会产生感应电流。
3、楞次定律楞次定律指出,感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
简单来说,就是“来拒去留,增反减同”。
例如,当磁通量增加时,感应电流产生的磁场会阻碍磁通量的增加;当磁通量减少时,感应电流产生的磁场会阻碍磁通量的减少。
4、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律表明,感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比。
公式为 E =nΔΦ/Δt,其中 n 是线圈的匝数。
二、典型题解析1、动生电动势问题例如:一根长度为 L 的导体棒,在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,以速度 v 垂直于磁场方向做匀速直线运动。
求导体棒产生的感应电动势。
解析:根据动生电动势的公式 E = BLv,可直接得出感应电动势为E = BLv。
2、感生电动势问题假设一个面积为 S 的闭合线圈,处于均匀变化的磁场中,磁场的变化率为ΔB/Δt。
求线圈中产生的感应电动势。
解析:由法拉第电磁感应定律 E =nΔΦ/Δt,磁通量Φ = B·S,所以感应电动势 E = n SΔB/Δt 。
3、楞次定律的应用有一个闭合回路,其中的磁场在逐渐增强。
判断回路中感应电流的方向。
解析:由于磁场增强,根据楞次定律,感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加,所以感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。
电磁感应解题例析
件 等 。分 析 的 基本 思路 是 :导体 受 力运 动 切 割磁 感 线产 生 感应 电动 势一 感 应 电流一 通 电 导 线 受安 培 力一 合 外力 变 化一 加 速 度变 化一 速度 变 化一 感 应 电动 势 变化 … …如 此循 环 至 加 速 度等 于 零 , 导体 达 稳定 运 动状 态 。在分 析 过 程 中要 画好 受 力分 析 图 , 抓住 a = O 时速 度V 达 最 大值 的 特点 。 例1 如图所示 , AB、 C D是 两根 足 够 长 的 固定 平 行 金 属
Ⅱ 6 下 滑 时 因切 割 磁感 线 , 要 产 生感 应 电动 势 , 根 据 电磁 感 应
定律 :
E = B L v ①
闭合 电路AC 6 口 中将 产 生感 应 电 流 , 根 据 闭合 电路 欧姆 定律 :
, : E
尺
②
一
据右 手 定 则可 判 定感 应 电 流方 向为 C b a ,再 据 左 手 定则 判 断 它受 的安 培力 方 向 如 图示 , 其大小为:
— —
注意 : ( 1 ) 电磁 感应 中的 动态 分析 是 处理 电磁感 应问 题 的关键 。要 学 会在 动 态分 析 的
14电磁感应的案例分析
14电磁感应的案例分析电磁感应是物理学中的一个重要概念,指的是当一个导体处于磁场中运动时,会在导体中产生感应电流。
下面将通过几个案例来分析电磁感应的具体应用。
案例一:变压器变压器是应用电磁感应原理的一种重要设备。
变压器由一个主线圈和一个副线圈组成,通过交流电源在主线圈中产生变化的电流,进而产生变化的磁场。
这个变化的磁场通过铁芯传导到副线圈中,从而在副线圈中引发电流。
根据电磁感应定律,主线圈中的变化磁场会导致副线圈中感应电流的产生。
变压器通过变换主、副线圈的比例关系,可以实现电压的升降。
这一原理被广泛应用于电力系统中,使电能在输送过程中得以有效变换。
案例二:发电机发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能的设备。
在一个发电机中,通过机械装置给转子提供机械能,使得转子在磁场中旋转。
转子上的导线环被称为转子绕组,在磁场中旋转时,会在其两端产生感应电动势。
根据电磁感应定律,感应电动势与导线的速度和磁场的变化率有关。
通过这种方式,机械能转化为了电能。
发电机的应用广泛,例如在发电厂、汽车、船舶等领域。
案例三:感应加热感应加热是通过电磁感应原理来加热导体的一种技术。
当交流电流通过一根线圈时,会在线圈周围产生变化的磁场。
当一个导体(例如金属)在这个变化的磁场中运动时,由于电磁感应,在导体中会产生感应电流。
这个感应电流会在导体中产生焦耳热,从而使导体升温。
感应加热技术可以应用于许多领域,例如金属加热、工业烘干、电磁炉等。
案例四:磁悬浮列车磁悬浮列车是一种利用电磁感应原理进行悬浮和驱动的交通工具。
在磁悬浮轨道上,埋设有电磁铁,在车辆底部也安装了磁体。
当车辆通过电磁铁时,电磁感应原理使得车辆和轨道之间产生互斥力,从而实现悬浮。
同时,通过改变电流的方向和大小,可以实现对车辆的推动和制动。
磁悬浮列车具有高速、平稳、节能等特点,被广泛应用于一些高铁线路。
综上所述,电磁感应在现代生活中有着广泛的应用,包括变压器、发电机、感应加热和磁悬浮列车等。
高考物理专题复习电磁感应题型分类知识点+典型例题详解(最新整理)
(10 分)在如图甲所示的电路中,螺线管匝数 n = 1500 匝,横截面积 S = 20cm2。螺线管导线电阻 r
= 1.0Ω,R1 = 4.0Ω,R2 = 5.0Ω,C=30μF。在一段时间内, 穿过螺线管的磁场的磁感应强度 B 按如图乙所示的规 律变化。求:
(1)求螺线管中产生的感应电动势; (2)闭合 S,电路中的电流稳定后,求电阻 R1 的 B 电功率; (3)S 断开后,求流经 R2 的电量。
解:(1)在
0~0.3
s
时间内感应电动势
E1=
B1 t1
πr2=6.28×10-3V
(1 分)
在
0.3s~0.5
s
时间内感应电动势
E2=
B2 t2
πr2=9.42×10-3V
(1 分)
i/A
1.5
(2)在 0~0.3 s 时间内
I1
E1 2πrR0
=1.0
A
(1 分)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 t/s
R1 C
S
图甲
B/T 1.0 0.8 R2 0.6 0.4 0.2
2 O 1.0 2.0 t/s
图乙
答案:
解:(1)根据法拉第电磁感应定律 E nΦ n S B
t
t
(3 分)
求出
E = 1.2(V)
(1 分)
(2)根据全电路欧姆定律 I E 0.12(A) (1 分) R1 R 2 r
根据 求出
P I 2 R1 P = 5.76×10-2(W)
(1 分) (1 分)
(3)S 断开后,流经 R2 的电量即为 S 闭合时 C 板上所带的电量 Q
高考物理二轮复习专题解析—电磁感应
高考物理复习专题解析—电磁感应 命题规律 1.命题角度:(1)楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用;(2)电磁感应中的图像问题;(3)电磁感应中的动力学与能量问题.2.常用方法:排除法、函数法.3.常考题型:选择题、计算题.考点一 楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用1.感应电流方向的判断(1)楞次定律:线圈面积不变,磁感应强度发生变化的情形,往往用楞次定律.(2)右手定则:导体棒切割磁感线的情形往往用右手定则.2.楞次定律中“阻碍”的主要表现形式(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”;(2)阻碍物体间的相对运动——“来拒去留”;(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——一般情况下为“增缩减扩”;(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——一般情况下为“增反减同”.3.求感应电动势的方法(1)法拉第电磁感应定律:E =n ΔΦΔt ⎩⎨⎧ S 不变时,E =nS ΔB Δt B 不变时,E =nB ΔS Δt(2)导体棒垂直切割磁感线:E =Blv .(3)导体棒以一端为圆心在垂直匀强磁场的平面内匀速转动:E =12Bl 2ω. (4)线圈绕与磁场垂直的轴匀速转动(从线圈位于中性面开始计时):e =nBSωsin ωt .4.通过回路截面的电荷量q =I Δt =n ΔΦR 总Δt Δt =n ΔΦR 总.q 仅与n 、ΔΦ和回路总电阻R 总有关,与时间长短无关,与Φ是否均匀变化无关.例1 (多选)(2022·广东卷·10)如图所示,水平地面(Oxy 平面)下有一根平行于y 轴且通有恒定电流I的长直导线.P、M和N为地面上的三点,P点位于导线正上方,MN平行于y轴,PN 平行于x轴.一闭合的圆形金属线圈,圆心在P点,可沿不同方向以相同的速率做匀速直线运动,运动过程中线圈平面始终与地面平行.下列说法正确的有()A.N点与M点的磁感应强度大小相等,方向相同B.线圈沿PN方向运动时,穿过线圈的磁通量不变C.线圈从P点开始竖直向上运动时,线圈中无感应电流D.线圈从P到M过程的感应电动势与从P到N过程的感应电动势相等答案AC解析依题意,M、N两点连线与长直导线平行,两点与长直导线的距离相等,根据右手螺旋定则可知,通电长直导线在M、N两点产生的磁感应强度大小相等、方向相同,故A正确;根据右手螺旋定则,线圈在P点时,穿进线圈中的磁感线与穿出线圈中的磁感线相等,磁通量为零,在向N点平移过程中,穿进线圈中的磁感线与穿出线圈中的磁感线不再相等,穿过线圈的磁通量发生变化,故B错误;根据右手螺旋定则,线圈从P点竖直向上运动过程中,穿进线圈中的磁感线与穿出线圈中的磁感线始终相等,穿过线圈的磁通量始终为零,没有发生变化,线圈中无感应电流,故C正确;线圈从P点到M点与从P点到N点,穿过线圈的磁通量变化量相同,依题意从P点到M点所用时间较从P点到N点的时间长,根据法拉第电磁感应定律,可知两次的感应电动势不相等,故D错误.例2(多选)(2021·辽宁卷·9)如图(a)所示,两根间距为L、足够长的光滑平行金属导轨竖直放置并固定,顶端接有阻值为R的电阻,垂直导轨平面存在变化规律如图(b)所示的匀强磁场,t=0时磁场方向垂直纸面向里.在t=0到t=2t0的时间内,金属棒水平固定在距导轨顶端L 处;t=2t0时,释放金属棒.整个过程中金属棒与导轨接触良好,导轨与金属棒的电阻不计,则()A .在t =t 02时,金属棒受到安培力的大小为B 02L 3t 0RB .在t =t 0时,金属棒中电流的大小为B 0L 2t 0RC .在t =3t 02时,金属棒受到安培力的方向竖直向上 D .在t =3t 0时,金属棒中电流的方向向右答案 BC解析 由题图(b)可知在0~t 0时间段内闭合回路产生的感应电动势为E =ΔΦΔt =B 0L 2t 0,根据闭合电路欧姆定律有,此时间段内的电流为I =E R =B 0L 2Rt 0,在t 02时磁感应强度大小为B 02,此时安培力大小为F =B 02IL =B 02L 32Rt 0,故A 错误,B 正确;由题图(b)可知,在t =3t 02时,磁场方向垂直纸面向外并逐渐增大,根据楞次定律可知产生顺时针方向的电流,再由左手定则可知金属棒受到的安培力方向竖直向上,故C 正确;由题图(b)可知,在t =3t 0时,磁场方向垂直纸面向外,金属棒向下掉的过程中穿过回路的磁通量增加,根据楞次定律可知金属棒中的感应电流方向向左,故D 错误.考点二 电磁感应中的图像问题1.电磁感应中常见的图像常见的有磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流、速度、安培力等随时间或位移的变化图像.2.解答此类问题的两个常用方法(1)排除法:定性分析电磁感应过程中某个物理量的变化情况,把握三个关注,快速排除错误的选项.这种方法能快速解决问题,但不一定对所有问题都适用.(2)函数关系法:根据题目所给的条件写出物理量之间的函数关系,再对图像作出判断,这种方法得到的结果准确、详细,但不够简捷.例3(多选)(2022·河北卷·8)如图,两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中,一根导轨位于x轴上,另一根由ab、bc、cd三段直导轨组成,其中bc段与x轴平行,导轨左端接入一电阻R.导轨上一金属棒MN沿x轴正向以速度v0保持匀速运动,t=0时刻通过坐标原点O,金属棒始终与x轴垂直.设运动过程中通过电阻的电流强度为i,金属棒受到安培力的大小为F,金属棒克服安培力做功的功率为P,电阻两端的电压为U,导轨与金属棒接触良好,忽略导轨与金属棒的电阻.下列图像可能正确的是()答案AC解析在0~Lv0时间内,在某时刻金属棒切割磁感线的长度L=l0+v0t tan θ(θ为ab与ad的夹角),则根据E =BLv 0,可得I =BLv 0R =Bv 0R (l 0+v 0t tan θ),可知回路电流均匀增加;安培力F =B 2L 2v 0R =B 2v 0R (l 0+v 0t tan θ)2,则F -t 关系为二次函数关系,但是不过原点;安培力做功的功率P =Fv 0=B 2L 2v 02R =B 2v 02R (l 0+v 0t tan θ)2,则P -t 关系为二次函数关系,但是不过原点;电阻两端的电压等于金属棒产生的感应电动势,即U =E =BLv 0=Bv 0(l 0+v 0t tan θ),即U -t 图像是不过原点的直线;根据以上分析,可排除B 、D 选项;在L v 0~2L v 0时间内,金属棒切割磁感线的长度不变,感应电动势E 不变,感应电流I 不变,安培力F 大小不变,安培力的功率P 不变,电阻两端电压U 保持不变;同理可判断,在2L v 0~3L v 0时间内,金属棒切割磁感线长度逐渐减小,金属棒切割磁感线的感应电动势E 均匀减小,感应电流I 均匀减小,安培力F 大小按照二次函数关系减小,但是不能减小到零,与0~L v 0内是对称的关系,安培力的功率P 按照二次函数关系减小,但是不能减小到零,与0~L v 0内是对称的关系,电阻两端电压U 按线性均匀减小,综上所述选项A 、C 可能正确,B 、D 错误.例4 (多选)(2022·安徽省六校第二次联考)如图所示,水平面内有一足够长平行金属导轨,导轨光滑且电阻不计.匀强磁场与导轨平面垂直.阻值为R 的导体棒垂直于导轨静止放置,且与导轨接触良好.开关S 由1掷到2时开始计时,q 、i 、v 和a 分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度.下列图像可能正确的是( )答案 ACD解析 开关S 由1掷到2,电容器放电后会在电路中产生电流且此刻电流最大,导体棒通有电流后会受到安培力的作用产生加速度而加速运动,导体棒切割磁感线产生感应电动势,导体棒速度增大,则感应电动势E=Blv增大,则实际电流减小,安培力F=BIL减小,加速度a=Fm即减小,因导轨光滑,所以在有电流通过棒的过程中,棒是一直做加速度减小的加速运动(变加速),故a-t图像即选项D是正确的;导体棒运动产生感应电动势会给电容器充电,当充电和放电达到一种平衡时,导体棒做匀速运动,因此最终电容器两端的电压能稳定在某个不为0的数值,即电容器的电荷量应稳定在某个不为0的数值(不会减少到0),电路中无电流,故B错误,A、C正确.考点三电磁感应中的动力学与能量问题1.电磁感应综合问题的解题思路2.求解焦耳热Q的三种方法(1)焦耳定律:Q=I2Rt,适用于电流恒定的情况;(2)功能关系:Q=W克安(W克安为克服安培力做的功);(3)能量转化:Q=ΔE(其他能的减少量).例5(多选)(2022·全国甲卷·20)如图,两根相互平行的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上,在导轨的左端接入电容为C的电容器和阻值为R的电阻.质量为m、阻值也为R的导体棒MN静止于导轨上,与导轨垂直,且接触良好,导轨电阻忽略不计,整个系统处于方向竖直向下的匀强磁场中.开始时,电容器所带的电荷量为Q,合上开关S后()A .通过导体棒MN 电流的最大值为Q RCB .导体棒MN 向右先加速、后匀速运动C .导体棒MN 速度最大时所受的安培力也最大D .电阻R 上产生的焦耳热大于导体棒MN 上产生的焦耳热答案 AD解析 开始时电容器两极板间的电压U =Q C ,合上开关瞬间,通过导体棒的电流I =U R =Q CR ,随着电容器放电,通过电阻、导体棒的电流不断减小,所以在开关闭合瞬间,导体棒所受安培力最大,此时速度为零,A 项正确,C 项错误;由于回路中有电阻与导体棒,最终电能完全转化为焦耳热,故导体棒最终必定静止,B 项错误;由于导体棒切割磁感线,产生感应电动势,所以通过导体棒的电流始终小于通过电阻的电流,由焦耳定律可知,电阻R 上产生的焦耳热大于导体棒MN 上产生的焦耳热,D 项正确. 例6 (2022·山东济南市一模)如图所示,在水平虚线下方存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B .磁场上方某高度处有一个正方形金属线框,线框质量为m ,电阻为R ,边长为L .某时刻将线框以初速度v 0水平抛出,线框进入磁场过程中速度不变,运动过程中线框始终竖直且底边保持水平.磁场区域足够大,忽略空气阻力,重力加速度为g ,求:(1)线框进入磁场时的速度v ;(2)线框进入磁场过程中产生的热量Q .答案 (1)v 02+m 2g 2R 2B 4L 4,速度方向与水平方向夹角的正切值为mgR B 2L 2v 0(2)mgL 解析 (1)当线框下边界刚进入磁场时,由于线框速度不变,对线框进行受力分析有 BIL =mg由欧姆定律可得I =E R线框切割磁感线,由法拉第电磁感应定律可得E=BLv y由速度的合成与分解可得v=v02+v y2联立求解可得v=v02+m2g2R2 B4L4设此时速度方向与水平面的夹角为θ,则tan θ=v yv0=mgR B2L2v0即此时速度方向与水平方向夹角的正切值为mgRB2L2v0.(2)线框进入磁场过程中速度不变,则从进入磁场开始到完全进入磁场,由能量守恒定律得Q=mgL.例7(2022·河南洛阳市模拟)如图甲所示,金属导轨MN和PQ平行,间距L=1 m,与水平面之间的夹角α=37°,匀强磁场磁感应强度大小B=2.0 T,方向垂直于导轨平面向上,MP 间接有阻值R=1.5 Ω的电阻,质量m=0.5 kg,接入电路中电阻r=0.5 Ω的金属杆ab垂直导轨放置,金属杆与导轨间的动摩擦因数为μ=0.2.现用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab,使其由静止开始运动,当金属杆上滑的位移x=3.8 m时达到稳定状态,金属杆始终与导轨接触良好,对应过程的v-t图像如图乙所示.取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,导轨足够长且电阻不计.求:(1)恒力F的大小及金属杆的速度为0.4 m/s时的加速度大小;(2)从金属杆开始运动到刚达到稳定状态,通过电阻R的电荷量;(3)从金属杆开始运动到刚达到稳定状态,金属杆上产生的焦耳热.答案(1)5.8 N 2.4 m/s2(2)3.8 C(3)1.837 5 J解析(1)当金属杆匀速运动时,由平衡条件得F=μmg cos 37°+mg sin 37°+F安由题图乙知v =1 m/s ,则F 安=BIL =B 2L 2v R +r =2 N 解得F =5.8 N当金属杆的速度为0.4 m/s 时F 安1=BI 1L =B 2L 2v 1R +r=0.8 N 由牛顿第二定律有F -μmg cos 37°-mg sin 37°-F 安1=ma解得a =2.4 m/s 2.(2)由q =I ·ΔtI =E R +rE =ΔΦΔt 得q =ΔΦR +r =BLx R +r=3.8 C. (3)从金属杆开始运动到刚到达稳定状态,由动能定理得(F -μmg cos 37°-mg sin 37°)x +W 安=12mv 2-0 又Q =|W 安|=7.35 J ,所以解得Q r =r R +rQ =1.837 5 J.1.(多选)(2022·河南郑州市二模)在甲、乙、丙图中,MN 、PQ 是固定在同一水平面内足够长的平行金属导轨.导体棒ab 垂直放在导轨上,导轨都处于垂直水平面向下的匀强磁场中,导体棒和导轨间的摩擦不计,导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略,甲图中的电容器C 原来不带电.现给导体棒ab 一个向右的初速度v 0,对甲、乙、丙图中导体棒ab 在磁场中的运动状态描述正确的是( )A .甲图中,棒ab 最终做匀速运动B .乙图中,棒ab 做匀减速运动直到最终静止C .丙图中,棒ab 最终做匀速运动D .甲、乙、丙中,棒ab 最终都静止答案 AC 解析 题图甲中,导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电,当电容器C 极板间电压与导体棒产生的感应电动势相等时,电路中没有电流,此时ab 棒不受安培力作用,向右做匀速运动,故A 正确;题图乙中,导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流,通过电阻R 转化为内能,ab 棒速度减小,当ab 棒的动能全部转化为内能时,ab 棒静止,又由I =BLv R,F =BIL ,由于速度减小,则产生的感应电流减小,导体棒所受安培力减小,根据牛顿第二定律可知导体棒的加速度减小,所以题图乙中,棒ab 做加速度减小的减速运动直到最终静止,故B 错误;题图丙中,导体棒先受到向左的安培力作用向右做减速运动,速度减为零后在安培力作用下向左做加速运动,当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时,电路中没有电流,此时ab 棒向左做匀速运动,故C 正确;由以上分析可知,甲、乙、丙中,只有题图乙中棒ab 最终静止,故D 错误.2.(2022·山东泰安市高三期末)如图所示,间距为L 的平行光滑足够长的金属导轨固定倾斜放置,倾角θ=30°,虚线ab 、cd 垂直于导轨,在ab 、cd 间有垂直于导轨平面向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场.质量均为m 、阻值均为R 的金属棒PQ 、MN 并靠在一起垂直导轨放在导轨上.释放金属棒PQ ,当PQ 到达ab 瞬间,再释放金属棒MN ;PQ 进入磁场后做匀速运动,当PQ 到达cd 时,MN 刚好到达ab .不计导轨电阻,两金属棒与导轨始终接触良好,重力加速度为g .则MN 通过磁场过程中,PQ 上产生的焦耳热为( )A.2m 3g 2R 2B 4L 4B.m 3g 2R 2B 4L 4C.m 3g 2R 24B 4L 4D.m 3g 2R 22B 4L4 答案 D解析 由题意知PQ 进入磁场后做匀速运动,则由平衡条件得安培力为F =mg sin θ,又因为F =BIL =B 2L 2v 2R ,解得金属棒速度为v =mgR B 2L 2,电流为I =mg2BL ,因为金属棒从释放到刚进入磁场时做匀加速直线运动,由牛顿第二定律知mg sin θ=ma ,所以加速时间为t =va ,由题意知当PQ 到达cd 时,MN 刚好到达ab ,即金属棒穿过磁场的时间等于进入磁场前的加速时间,且MN 在磁场中的运动情况和PQ 一致,故MN 通过磁场过程中,PQ 上产生的焦耳热为Q 焦耳=I 2Rt ,解得Q 焦耳=m 3g 2R 22B 4L4,故选D.专题强化练[保分基础练]1.(2022·上海市二模)如图,某教室墙上有一朝南的钢窗,将钢窗右侧向外打开,以推窗人的视角来看,窗框中产生( )A .顺时针电流,且有收缩趋势B .顺时针电流,且有扩张趋势C .逆时针电流,且有收缩趋势D.逆时针电流,且有扩张趋势答案 D解析磁场方向由南指向北,将钢窗右侧向外打开,则向北穿过窗户的磁通量减少,根据楞次定律,以推窗人的视角来看,感应电流为逆时针电流,同时根据“增缩减扩”可知,窗框有扩张趋势,故选D.2.(2022·广东肇庆市二模)如图所示,开口极小的金属环P、Q用不计电阻的导线相连组成闭合回路,金属环P内存在垂直圆环平面向里的匀强磁场,匀强磁场的磁感应强度随时间的变化率为k,若使金属环Q中产生逆时针方向逐渐增大的感应电流,则()A.k>0且k值保持恒定B.k>0且k值逐渐增大C.k<0且k值逐渐增大D.k<0且k值逐渐减小答案 B解析若使金属环Q中产生逆时针方向逐渐增大的感应电流,则金属环P中也有逆时针方向逐渐增大的感应电流,根据楞次定律和安培定则可知,金属环P中向里的磁感应强度增加,且增加得越来越快,即k>0且k值逐渐增大,故选B.3.(2022·陕西宝鸡市模拟)如图所示,两根电阻不计的平行光滑长直金属导轨水平放置,导体棒a和b垂直跨在导轨上且与导轨接触良好,导体棒a的电阻大于b的电阻,匀强磁场方向竖直向下.当导体棒b在大小为F2的水平拉力作用下匀速向右运动时,导体棒a在大小为F1的水平拉力作用下保持静止状态.若U1、U2分别表示导体棒a和b与导轨两个接触点间的电压,那么它们的大小关系为()A.F1=F2,U1> U2B .F 1< F 2,U 1< U 2C .F 1 > F 2,U 1< U 2D .F 1 = F 2,U 1= U 2 答案 D解析 导体棒a 、b 与导轨构成了闭合回路,流过a 、b 的电流是相等的;a 静止不动,b 匀速运动,都处于平衡状态,即拉力等于安培力,所以F 1=F 2=BIL ,导体棒b 相当于电源,导体棒a 相当于用电器,由于电路是闭合的,所以导体棒a 两端的电压U 1=IR a ,导体棒b 切割磁感线产生的电动势E =BLv b =I (R a +R b ),所以其输出的路端电压U 2=E -IR b =IR a =U 1,故选D.4.(2022·全国甲卷·16)三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框,正方形线框的边长与圆线框的直径相等,圆线框的半径与正六边形线框的边长相等,如图所示.把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中,线框所在平面均与磁场方向垂直,正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I 1、I 2和I 3.则( )A .I 1<I 3<I 2B .I 1>I 3>I 2C .I 1=I 2>I 3D .I 1=I 2=I 3答案 C解析 设圆线框的半径为r ,则由题意可知正方形线框的边长为2r ,正六边形线框的边长为r ;所以圆线框的周长为C 2=2πr ,面积为S 2=πr 2,同理可知正方形线框的周长和面积分别为C 1=8r ,S 1=4r 2,正六边形线框的周长和面积分别为C 3=6r ,S 3=33r 22,三个线框材料粗细相同,根据电阻定律R =ρL S 横截面,可知三个线框电阻之比为R 1∶R 2∶R 3=C 1∶C 2∶C 3=8∶2π∶6,根据法拉第电磁感应定律有I =E R =ΔB Δt ·SR ,可得电流之比为I 1∶I 2∶I 3=2∶2∶3,即I 1=I 2>I 3,故选C.5.(2022·黑龙江哈师大附中高三期末)如图,一线圈匝数为n ,横截面积为S ,总电阻为r ,处于一个均匀增强的磁场中,磁感应强度随时间的变化率为k (k >0且为常量),磁场方向水平向右且与线圈平面垂直,电容器的电容为C ,两个电阻的阻值分别为r 和2r .下列说法正确的是( )A .电容器下极板带正电B .此线圈的热功率为nkS 2rC .电容器所带电荷量为3nSkC5D .电容器所带电荷量为nSkC2答案 D解析 根据楞次定律可以判断通过电阻r 的电流方向为从左往右,所以电容器上极板带正电,故A 错误;根据法拉第电磁感应定律可得线圈产生的感应电动势为E =n ΔΦΔt =nS ΔBΔt =nkS ,根据焦耳定律可得此线圈的热功率为P =(E 2r )2r =nkS24r,故B 错误;电容器两端电压等于r 两端电压,电容器所带电荷量为Q =CU =C ·rE 2r =nSkC2,故C 错误,D 正确.6.(2021·北京卷·7)如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,水平U 型导体框左端连接一阻值为R 的电阻,质量为m 、电阻为r 的导体棒ab 置于导体框上.不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦.ab 以水平向右的初速度v 0开始运动,最终停在导体框上.在此过程中( )A .导体棒做匀减速直线运动B .导体棒中感应电流的方向为a →bC .电阻R 消耗的总电能为mv 02R2R +rD .导体棒克服安培力做的总功小于12mv 02答案 C解析 导体棒向右运动,根据右手定则,可知电流方向为b 到a ,再根据左手定则可知,导体棒受到向左的安培力,根据法拉第电磁感应定律,可得产生的感应电动势为E =BLv ,感应电流为I =E R +r =BLv R +r ,故安培力为F =BIL =B 2L 2vR +r ,根据牛顿第二定律有F =ma ,可得a =B 2L 2m R +rv ,随着速度减小,加速度不断减小,故导体棒不是做匀减速直线运动,故A 、B错误;根据能量守恒定律,可知整个过程回路中产生的总热量为Q =12mv 02,因电阻与导体棒串联,则产生的热量与电阻成正比,则电阻R 产生的热量为Q R =R R +r Q =mv 02R2R +r ,故C正确;整个过程只有安培力做负功,根据动能定理可知,导体棒克服安培力做的总功等于12mv 02,故D 错误.7.(2022·江苏盐城市二模)如图所示,三条平行虚线L 1、L 2、L 3之间有宽度为L 的两个匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ,两区域内的磁感应强度大小相等、方向相反,正方形金属线框MNPQ 的质量为m 、边长为L ,开始时MN 边与边界L 1重合,对线框施加拉力F 使其以加速度a 匀加速通过磁场区,以顺时针方向电流为正方向,下列关于感应电流i 和拉力F 随时间变化的图像可能正确的是( )答案 B解析 当MN 边向右运动0~L 的过程中,用时t 1=2L a ,则E 1=BLat ,电流I 1=E 1R =BLa Rt ,方向为正方向;拉力F 1=ma +F 安1=ma +B 2L 2aR t ;当MN 边向右运动L ~2L 的过程中,用时t 2=4L a-2La=(2-1)2L a =(2-1)t 1,E 2=2BLat ,电流I 2=E 2R =2BLa Rt ,方向为负方向,拉力F 2=ma +F 安2=ma +4B 2L 2aR t ;当MN 边向右运动2L ~3L 的过程中,用时t 3=6La-4La=(3-2)2L a =(3-2)t 1,E 3=BLat ,电流I 3=E 3R =BLa Rt ,方向为正方向,拉力F 3=ma +F 安3=ma +B 2L 2aRt ,对比四个选项可知,只有B 正确.[争分提能练]8.(多选)(2021·广东卷·10)如图所示,水平放置足够长光滑金属导轨abc 和de ,ab 与de 平行,bc 是以O 为圆心的圆弧导轨,圆弧be 左侧和扇形Obc 内有方向如图的匀强磁场,金属杆OP 的O 端与e 点用导线相接,P 端与圆弧bc 接触良好,初始时,可滑动的金属杆MN 静止在平行导轨上,若杆OP 绕O 点在匀强磁场区内从b 到c 匀速转动时,回路中始终有电流,则此过程中,下列说法正确的有( )A .杆OP 产生的感应电动势恒定B .杆OP 受到的安培力不变C .杆MN 做匀加速直线运动D .杆MN 中的电流逐渐减小 答案 AD解析 杆OP 匀速转动切割磁感线产生的感应电动势为E =12Br 2ω,因为OP 匀速转动,所以杆OP 产生的感应电动势恒定,故A 正确;杆OP 转动过程中产生的感应电流由M 到N 通过杆MN ,由左手定则可知,杆MN 会向左运动,杆MN 运动会切割磁感线,产生电动势,感应电流方向与原来电流方向相反,使回路电流减小,杆MN 所受合力为安培力,电流减小,安培力会减小,加速度减小,故D 正确,B 、C 错误.9.(多选)(2021·全国甲卷·21)由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈,两线圈的质量相等,但所用导线的横截面积不同,甲线圈的匝数是乙的2倍.现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落,一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域,磁场的上边界水平,如图所示.不计空气阻力,已知下落过程中线圈始终平行于纸面,上、下边保持水平.在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前,可能出现的是( )A .甲和乙都加速运动B .甲和乙都减速运动C .甲加速运动,乙减速运动D .甲减速运动,乙加速运动 答案 AB解析 设线圈下边到磁场上边界的高度为h ,线圈的边长为l ,则线圈下边刚进入磁场时,有v =2gh ,感应电动势为E =nBlv ,两线圈材料相同(设密度为ρ0),质量相等(设为m ), 则m =ρ0·4nl ·S ,设材料的电阻率为ρ,则线圈电阻 R =ρ4nl S =16n 2l 2ρρ0m感应电流为I =E R =mBv 16nlρρ0所受安培力为F =nBIl =mB 2v16ρρ0由牛顿第二定律有mg -F =ma 联立解得a =g -F m =g -B 2v16ρρ0加速度与线圈的匝数、横截面积无关,则甲和乙进入磁场时,具有相同的加速度. 当g >B 2v16ρρ0时,甲和乙都加速运动,当g <B 2v 16ρρ0时,甲和乙都减速运动,当g =B 2v16ρρ0时,甲和乙都匀速运动,故选A 、B.10.(2022·山东省第二次模拟)如图所示,“凹”字形硬质金属线框质量为m ,相邻各边互相垂直,且处于同一平面内,ab 、bc 边长均为2l ,gf 边长为l .匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直于线框所在平面.开始时,bc 边离磁场上边界的距离为l ,线框由静止释放,从bc 边进入磁场直到gf 边进入磁场前,线框做匀速运动.在gf 边离开磁场后,ah 、ed 边离开磁场之前,线框又做匀速运动.线框在下落过程中始终处于竖直平面内,且bc 、gf 边保持水平,重力加速度为g .(1)线框ah 、ed 边将要离开磁场时做匀速运动的速度大小是bc 边刚进入磁场时的几倍? (2)若磁场上下边界间的距离为H ,则线框完全穿过磁场过程中产生的热量为多少? 答案 (1)4 (2)mg (H -13l )解析 (1)设bc 边刚入磁场时速度为v 1,bc 边刚进入时, 有E 1=2Blv 1,I 1=E 1R ,F 1=2BI 1l线框匀速运动,有F 1=mg 联立可得v 1=mgR4B 2l2设ah 、ed 边将离开磁场时速度为v 2,ah 、ed 边将离开磁场时,有E 2=Blv 2,I 2=E 2R ,F 2=BI 2l ,线框匀速运动,有F 2=mg 联立可得v 2=mgR B 2l 2,综上所述v 2v 1=4即线框ah 、ed 边将要离开磁场时做匀速运动的速度大小是bc 边刚进入磁场时的4倍. (2)bc 边进入磁场前,根据动能定理, 有mgl =12mv 12穿过磁场过程中能量守恒, 有mg (H +2l )+12mv 12=12mv 22+Q联立可得Q =mg (H -13l ).11.(2022·福建泉州市质量监测)如图,间距为L 的光滑平行导轨倾斜固定,倾角θ=30°,电阻不计的导轨上放置两根有一定阻值的金属杆ab 和cd ,两杆质量均为m ,cd 杆中点通过平行于导轨的轻绳系在固定的拉力传感器上.整个装置处于磁感应强度大小为B 、方向垂直导轨。
电磁感应复习专题(DOC)
电磁感应复习专题[知识结构][重点知识回顾]一. 法拉第电磁感应定律1. 引起某一回路磁通量变化的原因(1)磁感强度的变化(2)线圈面积的变化(3)线圈平面的法线方向与磁场方向夹角ϕ的变化2. 电磁感应现象中能的转化感应电流做功,消耗了电能。
消耗的电能是从其它形式的能转化而来的。
在转化和转移中能的总量是保持不变的。
3. 法拉第电磁感应定律:(1)决定感应电动势大小因素:穿过这个闭合电路中的磁通量的变化快慢(2)注意区分磁通量中,磁通量的变化量,磁通量的变化率的不同φ—磁通量,∆φ—磁通量的变化量,∆∆∆φφφt t=-21(3)定律内容:感应电动势大小决定于磁通量的变化率的大小,与穿过这一电路磁通量的变化率成正比。
(4)感应电动势大小的计算式:E ntWb t sE vn=⎧⎨⎪⎪⎩⎪⎪∆∆∆∆φφ————线圈匝数注:①若闭合电路是一个n匝的线圈,线圈中的总电动势可看作是一个线圈感应电动势的12n 倍。
②E 是∆t 时间内的平均感应电动势 (5)几种题型①线圈面积S 不变,磁感应强度均匀变化:E B S t n Bt s =⋅=⋅∆∆∆∆ ②磁感强度不变,线圈面积均匀变化:E n B S t nB St==∆∆∆∆ ③B 、S 均不变,线圈绕过线圈平面内的某一轴转动时,计算式为: E nBS BS t nBS t=-=-cos cos cos cos ϕϕϕϕ2121∆∆二. 导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算式:1. 公式:E Blv B T l m v m s E V=----⎧⎨⎪⎪⎩⎪⎪/2. 题型:(1)若导体变速切割磁感线,公式中的电动势是该时刻的瞬时感应电动势。
(2)若导体不是垂直切割磁感线运动,v 与B 有一夹角,如图:E B l v B l v==1s i n θ (3)若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时,导体上各点的线速度不同,不能用E Blv =计算,而应根据法拉第电磁感应定律变成“感应电动势大小等于直线导体在单位时间内切割磁感线的条数即磁通量的变化量”来计算,如图:ω从图示位置开始计时,经过时间∆t ,导体位置由oa 转到oa 1,转过的角度∆∆θω=t ,则导体扫过的面积∆∆∆S l l t ==121222θω 切割的磁感线条数(即磁通量的变化量)3∆∆∆ϕω==B S Bl t 122单位时间内切割的磁感线条数为:∆∆∆∆ϕωωt Bl tt Bl ==121222,单位时间内切割的磁感线条数(即为磁通量的变化率)等于感应电动势的大小:即:E t Bl ==∆∆φω122计算时各量单位:B T l m rad s E V----⎧⎨⎪⎪⎩⎪⎪ω/三. 楞次定律应用题型 1. 阻碍变化变形为−→−−−阻碍原磁通的变化2. 阻碍变化拓展为−→−−−阻碍(导体间的)相对运动,即“来时拒,去时留”3. 阻碍变化推广为−→−−−阻碍原电流的变化,应用在解释自感现象的有关问题。
高考复习-电磁感应专题
高考综合复习电磁感应专题(二)一、电磁感应现象:一切电磁感应现象都可以归结为磁通量的变化引起的:如:二、感应电流的方向判断:楞次定律:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化对于导体切割磁感线时的感应电动势方向的判断,也可以利用右手定则:伸开右手,让磁场穿过掌心,大拇指指向运动方向,四指指向导体内感应电流方向或导体内感应电动势的正极。
三、法拉第电磁感应定律:(1)在电磁感应现象中产生的感应电动势大小,跟穿过这一回路的磁通变化率成正比。
表达式:——平均值(2)导体在磁场中切割磁感线产生电动势。
表达式:ε=BLv(垂直切割)——瞬时值若v不与B垂直,则可以将v分解为垂直于B和平行于B,其中垂直分量产生感应电动势。
(3)自感现象:由于通过导体本身电流发生变化而引起的电磁感应现象。
自感电动势,即与电流的变化率成正比,式中L为自感系数由线圈本身的长度、横截面积、匝数以及有无铁芯决定。
[例题分析]例1、通电直导线与闭合金属框彼此绝缘,它们处于同一平面内,导线位置与线框轴重合。
为了使线框中产生如图所示方向的感应电流,可以采取的措施是:A、减弱直导线中的电流强度B、线框以直导线为轴转动C、线框向右平动D、线框向左平动分析:通电直导线产生磁场的磁感线是以电流为圆心的同心圆。
闭合线框在如图所示状态下磁通量j为零。
当直导线中电流强度发生变化或线框以直导线为轴转动时,通过线框的磁通量j始终是零,Δj=0,故无感应电流产生。
当线框向右或向左平动时,通过线框的磁通量j都要增加。
向右平动原磁场方向为“x”,向左平动原磁场方向为“·”为了阻碍磁通量的增加产生题目中要求感生电流的方向。
由楞次定律可判断线框应向左平动,故D选项是正确的。
例2、如图所示,用金属导线变成闭合正方形导线框边长为L,电阻为R,当它以速度v匀速地通过宽也为L的匀强磁场区过程中,外力需做功W,则该磁场磁感应强度应为多大?若仍用此种导线变成边长为2L的正方形导线框,以相同速度通过同一磁场区,外力应做功为原来的几倍?解:正方形线框匀速通过磁场ΣF=0,当进入磁场时,cd边切割磁感线产生ε→产生I→受F安:F外=F安。
高考物理:带你攻克电磁感应中的典型例题(附解析)
高考物理:带你攻克电磁感应中的典型例题(附解析)例1、如图所示,有一个弹性的轻质金属圆环,放在光滑的水平桌面上,环中央插着一根条形磁铁.突然将条形磁铁迅速向上拔出,则此时金属圆环将()A. 圆环高度不变,但圆环缩小B. 圆环高度不变,但圆环扩张C. 圆环向上跳起,同时圆环缩小D. 圆环向上跳起,同时圆环扩张解析:在金属环中磁通量有变化,所以金属环中有感应电流产生,按照楞次定律解决问题的步骤一步一步进行分析,分析出感应电流的情况后再根据受力情况考虑其运动与形变的问题.也可以根据感应电流的磁场总阻碍线圈和磁体间的相对运动来解答。
当磁铁远离线圈时,线圈和磁体间的作用力为引力,由于金属圆环很轻,受的重力较小,因此所受合力方向向上,产生向上的加速度.同时由于线圈所在处磁场减弱,穿过线圈的磁通量减少,感应电流的磁场阻碍磁通量减少,故线圈有扩张的趋势。
所以D选项正确。
一、电磁感应中的力学问题导体切割磁感线产生感应电动势的过程中,导体的运动与导体的受力情况紧密相连,所以,电磁感应现象往往跟力学问题联系在一起。
解决这类电磁感应中的力学问题,一方面要考虑电磁学中的有关规律,如安培力的计算公式、左右手定则、法拉第电磁感应定律、楞次定律等;另一方面还要考虑力学中的有关规律,如牛顿运动定律、动量定理、动能定理、动量守恒定律等。
例2、如图1所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L,M、P两点间接有阻值为R的电阻。
一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直。
整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下,导轨和金属杆的电阻可忽略。
让ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦。
(1)由b向a方向看到的装置如图2所示,请在此图中画出ab 杆下滑过程中某时刻的受力示意图;(2)在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时,求此时ab 杆中的电流及其加速度的大小;(3)求在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值。
高考物理二轮复习:电磁感应定律及综合应用知识点解析及专题练习
专题九电磁感应定律及综合应用电磁感应是电磁学中最为重要的内容,也是高考命题频率最高的内容之一。
题型多为选择题、计算题。
主要考查电磁感应、楞次定律、法拉第电磁感应定律、自感等知识。
本部分知识多结合电学、力学部分出压轴题,其命题形式主要是电磁感应与电路规律的综合应用、电磁感应与力学规律的综合应用、电磁感应与能量守恒的综合应用。
复习中要熟练掌握感应电流的产生条件、感应电流方向的判断、感应电动势的计算,还要掌握本部分内容与力学、能量的综合问题的分析求解方法。
预测高考重点考查法拉第电磁感应定律及楞次定律和电路等效问题.综合试题还是涉及到力和运动、动量守恒、能量守恒、电路分析、安培力等力学和电学知识.主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等.此除日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术这些在实际中有广泛的应用问题也要引起重视。
知识点一、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律的内容是感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比.在具体问题的分析中,针对不同形式的电磁感应过程,法拉第电磁感应定律也相应有不同的表达式或计算式.磁通量变化的形式表达式备注通过n 匝线圈内的磁通量发生变化E =n ·ΔΦΔt(1)当S 不变时,E =nS ·ΔB Δt (2)当B 不变时,E =nB ·ΔS Δt 导体垂直切割磁感线运动E =BLv 当v ∥B 时,E =0导体绕过一端且垂直于磁场方向的转轴匀速转动E =12BL 2ω线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动E =nBSω·sin ωt 当线圈平行于磁感线时,E 最大为E =nBSω,当线圈平行于中性面时,E =0知识点二、楞次定律与左手定则、右手定则1.左手定则与右手定则的区别:判断感应电流用右手定则,判断受力用左手定则.2.应用楞次定律的关键是区分两个磁场:引起感应电流的磁场和感应电流产生的磁场.感应电流产生高考物理二轮复习:电磁感应定律及综合应用知识点解析及专题练习的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化,“阻碍”的结果是延缓了磁通量的变化,同时伴随着能量的转化.3.楞次定律中“阻碍”的表现形式:阻碍磁通量的变化(增反减同),阻碍相对运动(来拒去留),阻碍线圈面积变化(增缩减扩),阻碍本身电流的变化(自感现象).知识点三、电磁感应与电路的综合电磁感应与电路的综合是高考的一个热点内容,两者的核心内容与联系主线如图4-12-1所示:1.产生电磁感应现象的电路通常是一个闭合电路,产生电动势的那一部分电路相当于电源,产生的感应电动势就是电源的电动势,在“电源”内部电流的流向是从“电源”的负极流向正极,该部分电路两端的电压即路端电压,U =R R +rE .2.在电磁感应现象中,电路产生的电功率等于内外电路消耗的功率之和.若为纯电阻电路,则产生的电能将全部转化为内能;若为非纯电阻电路,则产生的电能除了一部分转化为内能,还有一部分能量转化为其他能,但整个过程能量守恒.能量转化与守恒往往是电磁感应与电路问题的命题主线,抓住这条主线也就是抓住了解题的关键.在闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的问题中,机械能转化为电能,导体棒克服安培力做的功等于电路中产生的电能.说明:求解部分导体切割磁感线产生的感应电动势时,要区别平均电动势和瞬时电动势,切割磁感线的等效长度等于导线两端点的连线在运动方向上的投影.高频考点一对楞次定律和电磁感应图像问题的考查例1、(多选)(2019·全国卷Ⅰ·20)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图4(a)中虚线MN 所示.一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S ,将该导线做成半径为r 的圆环固定在纸面内,圆心O 在MN 上.t =0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图(b)所示.则在t =0到t =t 1的时间间隔内()图4A.圆环所受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为B0rS4t0ρD.圆环中的感应电动势大小为B0πr24t0【举一反三】(2018年全国II卷)如图,在同一平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下。
中考物理专题复习11:电磁感应(磁生电)
中考物理专题复习11:电磁感应(磁生电)20XX年中考物理专题复习11:电磁感应(磁生电)专题11 电磁感应(磁生电)典例1 电动机是一种高效、低污染的动力设备,广泛地应用研究在日常生活和生产实践中。
下列家用电器中应用到电动机的是()A.电热水器B.电饭锅C.洗衣机D.电热毯解析:电动机的工作特点是通电以后,电动机的转子会发生转动.所以要判断哪个用电器应用了电动机,就看哪个用电器通电以后,会发生转动。
洗衣机通电时,滚筒会发生转动,表明洗衣机内部有电动机,所以洗衣机应用了电动机;电热水器、电饭锅、电热毯通电时,电能转化为内能,它们是利用了电流的热效应。
本题答案为C.点评:电动机工作时的能量转化是电能转化为机械能,电热器工作时的能量转化是电能转化为热能,它们的能量转化截然不同,比较容易辨别。
典例2 微风吊扇通电后扇叶转动,此过程中能转化为动能.拔下插头,在插头处接发光二极管,用手旋转叶片,发光二极管发光,这是生电的现象,人们利用这一原理制成了(发电机/电动机).解析:吊扇工作时消耗电能,将电能转化为动能;用手旋转叶片时,线圈在磁场中做切割磁感线运动,产生了感应电流;感应电流通过发光二极管时,使发光二极管发光,此时的吊扇就是一个发电机。
20XX年中考物理专题复习11:电磁感应(磁生电)答案:电;磁;发电机点评:发电机主要是由线圈和磁体组成的,电动机的主要组成部分也是线圈和磁体,它们的工作原理不同,工作时的能量转换不同。
典例3 科学家经过长期研究,发现了电和磁有密切关系,其中最重要的两项研究如图所示,下列判断中不正确的是()A.左图是电动机的原理图B.右图是发电机的原理图C.在左图中,接通电源,导体ab上下运动D.在右图中,电路闭合,导体ab左右运动,电路中有感应电流解析:理解清楚教材中关于通电导体在磁场中受力和电磁感应的演示实验的装置图即可得到答案。
在左图中,闭合开关,电路中有电流,通电直导线在磁场中受力而运动;在右图中,没有电源,当导体在磁场中做切割磁感线运动时,通过电流表的指针是否偏转,来体现电路中是否产生感应电流,这是用来演示电磁感应现象的实验装置。
2023届高考物理二轮专题复习:电磁感应+电容+试题
电磁感应之电容模型模型1无外力充电式(电容器+单棒)例1 两条相互平行的光滑水平金属导轨,电阻不计,匀强磁场垂直导轨平面向上,磁感应强度为B 。
电容器的电容为C ,击穿电压足够大,开始时电容器不带电。
棒ab 长为L ,质量为m ,电阻为R , 初速度为v 0,金属棒运动时,金属棒与导轨始终垂直且接触良好。
(1) 请分析电容器的工作状态,导体棒的运动情况,若导轨足够长,求导体棒最终的速度。
(2) 若电容器储存的电能满足 212E CU ,忽略电磁辐射损失,求导体棒ab 在整个过程中产生的焦耳热。
模型2.放电式(电容器+单棒)例2 两条相互平行的光滑水平金属导轨,电阻不计,匀强磁场垂直导轨平面向上,磁感应强度为B 。
棒ab 长为L ,质量为m ,电阻为R ,静止在导轨上。
电容器的电容为C ,先给电容器充电,带电量为Q ,再接通电容器与导体棒。
金属棒运动时,金属棒与导轨始终垂直且接触良好。
请分析电容器的工作状态,导体棒的运动情况,若导轨足够长,求导体棒最终的速度。
模型3.有恒力的充电式电容器例3. 水平金属导轨光滑,电阻不计,匀强磁场与导轨垂直,磁感应强度为B 。
棒ab 长为L ,质量为m ,电阻为R ,初速度为零,在恒力F 作用下向右运动。
电容器的电容为C ,击穿电压足够大,开始时电容器不带电。
请分析导体棒的运动情况。
4.模型迁移:(分析方法完全相同,尝试分析吧!)(1)导轨不光滑(2)恒力的提供方式不同,如导轨变成竖直放置或倾斜放置等(3) 电路结构变化1. ( 2017年天津卷12题)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器。
电磁轨道炮示意如图,图中直流电源电动势为E ,电容器的电容为C 。
两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l ,电阻不计。
炮弹可视为一质量为m 、电阻为R 的金属棒MN ,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。
首先开关S 接1,使电容器完全充电。
电磁感应专题复习
【本讲教育信息】一. 教学内容:电磁感应考点例析【典型例题】问题3:电磁感应中的“双杆问题”电磁感应中“双杆问题”是学科内部综合的问题,涉及到电磁感应、安培力、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律及能量守恒定律等。
要求学生综合上述知识,认识题目所给的物理情景,找出物理量之间的关系,因此是较难的一类问题,也是近几年高考考察的热点。
下面对“双杆”类问题进行分类例析1.“双杆”向相反方向做匀速运动当两杆分别向相反方向运动时,相当于两个电池正向串联。
[例5]两根相距d=0.20m的平行金属长导轨固定在同一水平面内,并处于竖直方向的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.2T,导轨上面横放着两条金属细杆,构成矩形回路,每条金属细杆的电阻为r=0.25Q,回路中其余部分的电阻可不计。
已知两金属细杆在平行于导轨的拉力的作用下沿导轨朝相反方向匀速平移,速度大小都是v=5.0m/s,如图所示,不计导轨上的摩擦。
(1)求作用于每条金属细杆的拉力的大小。
(2)求两金属细杆在间距增加0.40m的滑动过程中共产生的热量。
解析:(1)当两金属杆都以速度v匀速滑动时,每条金属杆中产生的感应电动势分别为:E 1= E2=Bdv由闭合电路的欧姆定律,回路中的电流强度大小为:上尸因拉力与安培力平衡,作用于每根金属杆的拉力的大小为F 1=F2=IBd。
及二三二艺二二 3.2五由以上各式并代入数据得" N(2)设两金属杆之间增加的距离为△£,则两金属杆共产生的热量为如代入数据得Q =1.28X10-J。
2.“双杆”同向运动,但一杆加速另一杆减速当两杆分别沿相同方向运动时,相当于两个电池反向串联。
[例6]两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为L。
导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示。
两根导体棒的质量皆为m,电阻皆为H,回路中其余部分的电阻可不计。
在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B。
高考物理总复习 11专题十一 电磁感应 专题十一 电磁感应(讲解部分)
ΔΦ=Φ2-Φ1 ΔΦ=B·ΔS ΔΦ=S·ΔB
ΔΦ ΔS
Δt =B·Δt
ΔΦ ΔB
Δt =S·Δt
注意 穿过某个面有方向相反的磁场,则 开始时和转过180°时平面都 既不表示磁通量的大小,也
不能直接用Φ=B·S求解,应考虑相 与磁场垂直,穿过平面的磁 不表示磁通量变化的多少,
反方向的磁通量抵消后所剩余的 通量是一正一负,ΔΦ=-2BS而 实际它就是单匝线圈上产生
磁通量
不是0
的电动势
附注
ΔΦ
线圈绕垂直于磁场的轴做匀速圆周运动,线圈平面与磁感线平行时,Φ=0,但 Δt 最大;线圈平面
ΔΦ
ΔΦ
与磁感线垂直时,Φ最大,但 Δt =0;Φ、ΔΦ、 Δt 都与线圈匝数无关
考点二 法拉第电磁感应定律
一、法拉第电磁感应定律 1.法拉第电磁感应定律:闭合电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的
答案 AD
拓展三 导体棒切割磁感线产生电动势的分析与计算
(1)公式:E=BLv。 (2)关于求解导体切割磁感线的感应电动势公式的两点说明: ①公式中的B、L、v要求两两互相垂直。当L⊥B,L⊥v,而v与B成θ夹角时, 导体切割磁感线的感应电动势大小为 E= BLv sin θ。 ②若导体不是直的,则E=BLv sin θ中的L为切割磁感线的导体的有效长 度。如图中,导体的有效长度为a、b间的距离。
ΔI
的变化率,表示为E=② L Δt 。
(3)自感系数:E=L ΔI 中的比例系数L叫做自感系数,简称自感或电感。线圈
Δt
的长度越长,线圈的横截面积越大,单位长度上匝数越多,线圈的自感系数 越大,线圈有铁芯比无铁芯时自感系数③ 大得多 。 三、涡流 线圈中的电流变化时,在附近导体中产生感应电流,这种电流在导体内形成 闭合回路,很像水的漩涡,因此把它叫做涡电流,简称涡流。在冶炼炉、电 动机、变压器、探雷器等实际应用中都存在着涡流,它是整块导体发生的 电磁感应现象,同样遵守电磁感应定律。
电磁感应经典解析及典型例题.
轻松搞定电磁感应,还有谁今年山东改用全国卷,较之前更倾向于考察分析解决问题的能力,方向性更加灵活,而电磁感应历来是高考的重点内容,其考察综合性强,涉猎范围广,很好的迎合了全国卷的“胃口”。
(特别是全国卷大题好几年没考了奥,你懂得)因此,童鞋们要善于总结这部分题的解题方法和思路,跟老师一起来学习吧~ 我们把所学知识当做武器,把问题当做敌人,苦练杀敌本领,用武器消灭敌人。
1关于电磁感应的图像问题:常见的有Φ-t图像、B-t图像、I-t图像、E-t图像。
这里说前两种,出现这两种图像,就是间接地告诉了你感应电动势的大小。
由法拉第电磁感应定律可知E=nΔΦ/Δt,如果是Φ-t图像,则图像的斜率即为ΔΦ/Δt的大小。
更常见的是B-t图像,法拉第电磁感应定律变形一下即为E=nSΔB/Δt,所以图像的斜率即为ΔB/Δt,所以立马可以算出E的大小。
(多总结,做题又快又准)2光说不练假把式:在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n=1500匝,横截面积S=20cm.螺线管导线电阻r=1.0Ω,R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,C=30μF.在一段时间内,穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化.求:(1)求螺线管中产生的感应电动势?(2)闭合S,电路中的电流稳定后,求此时全电路电流的方向(顺时针还是逆时针)?(3)闭合S,电路中的电流稳定后,电阻R1的电功率?(4)闭合S,电路中的电流稳定后,求电容器的电量?2 电磁感应中的电学问题碰到这样的问题,小朋友们应该是很幸运了(前提是电流学的还可以),这类问题,不外乎导体切割磁感线产生感应电动势充当电源(动生电动势)或者是磁通量发生变化的回路产生感应电动势(感生电动势)。
涉及到的问题不外乎求电路中的电流、电压,判断电流方向、电容器电量的计算、再加上安培力(这个要专题练习)例题1 如图所示,边长为L、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域,其磁感应强度B随时间t的变化关系为B=kt(常量k>0).回路中滑动变阻器R的最大阻值为R0,滑动片P位于滑动变阻器中央,定值电阻R1=R0、R2= R0/2,闭合开关S,电压表的示数为U,不考虑虚线MN右侧导体的感应电动势,则()A.R2两端的电压为U/7 B.电容器的a极板带正电C.滑动变阻器R的热功率为电阻R2的5倍 D.正方形导线框中的感应电动势为KL 2例题2 如图所示,两光滑平行金属导轨间距为L,直导线MN垂直跨在导轨上,且与导轨接触良好,整个装置处于垂直于纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B.电容器的电容为C,除电阻R外,导轨和导线的电阻均不计.现给导线MN一初速度,使导线MN向右运动,当电路稳定后,MN以速度v向右做匀速运动时()A.电容器两端的电压为零 B.电阻两端的电压为BLvC.电容器所带电荷量为CBLv D.为保持MN匀速运动,需对其施加的拉力大小为BL/R3 电磁感应中的力学问题前面在磁场中我们经常做这类题目,不多说,只说一下解题思路:用法拉第电磁感应定律或楞次定律求E得大小方向→求电流→分析受力→列平衡方程或用牛二列方程4 电磁感应中的能量问题从能量角度来说,电磁感应是不同形式的能转化成电能的过程。
电磁感应经典例题及解析
电磁感应经典例题及解析电磁感应是电磁学中的重要概念,也是我们日常生活中常常会遇到的现象。
在电磁感应的过程中,磁场的变化会导致电场的产生,进而引发电流的产生。
这一原理广泛应用于发电机、变压器等电磁设备中。
下面我们来看一些经典的电磁感应例题,并对其进行解析。
例题1:一个磁感强度为0.2 T的匀强磁场,以2 m/s的速度向垂直于磁场的方向移动,求导体中感应电动势的大小。
解析:根据电磁感应的原理,导体中感应电动势的大小等于磁感强度与导体的速度的乘积,即E = Bv。
将已知数据代入计算,E = 0.2 T × 2 m/s = 0.4 V。
例题2:一个圆形线圈的半径为10 cm,磁感强度为0.5 T的磁场垂直于线圈的平面,在0.2 s内磁场的强度从0.2 T增加到0.6 T,求线圈中感应电流的大小。
解析:根据电磁感应的原理,感应电流的大小等于感应电动势与电阻的比值,即I = ε/R。
感应电动势可以通过磁场的变化率来计算,即ε = -dφ/dt。
其中,φ表示磁通量。
磁通量的大小等于磁感强度与线圈面积的乘积,即φ = Bπr^2。
将已知数据代入计算,φ = 0.2 T ×π× (0.1 m)^2 = 0.02π Tm^2。
对磁通量关于时间的导数,即dφ/dt,可以计算为(0.6 T - 0.2 T)/0.2 s = 2 T/s。
因此,感应电动势的大小为ε = -2 T/s。
线圈的电阻需要另外给定,才能计算感应电流的大小。
通过以上例题的解析,我们可以看到,在电磁感应问题中,需要根据已知条件来计算磁通量的变化率,从而得到感应电动势的大小。
最后,根据电路中的电阻情况,可以计算出感应电流的大小。
电磁感应是电磁学中的重要概念,掌握电磁感应的原理和应用,对于理解和应用电磁学的知识具有重要意义。
通过解析经典的电磁感应例题,可以加深对电磁感应原理的理解,提高解决实际问题的能力。
必修4电磁感应复习(知识点+经典例题+练习)
必修4电磁感应复习(知识点+经典例题+练习)知识点1. 磁感线和磁场强度:- 磁感线是描述磁场的一种方法,它从磁北极指向磁南极,形成一个闭合的曲线。
- 磁场强度是表示磁场强弱的物理量,单位是特斯拉(T)。
2. 紧密螺绕线圈的磁场:- 螺绕线圈中通有电流时,会产生一个磁场,其磁场按右手螺旋定则的方向确定。
- 磁场的强弱与线圈匝数、电流强度以及磁场位置有关。
3. 法拉第电磁感应定律:- 当一个闭合线路中的磁通量发生变化时,沿线路产生感应电动势。
- 感应电动势的大小与磁通量变化率成正比。
4. 楞次定律:- 磁通量的变化产生感应电动势,感应电动势会产生感应电流。
- 感应电流的方向使得产生的磁场抵消原始磁通量的变化。
经典例题1. 一个圆形线圈共有100匝,半径为2m,通过线圈的磁感应强度为0.5T,线圈内的磁场强度为:- 解:根据公式B = μ₀H,其中μ₀为真空中的磁导率,H为磁场强度,代入数值计算得到磁场强度为0.25T。
2. 一个螺绕线圈的匝数为2000匝,通有电流2A,线圈半径为0.1m,求线圈中的磁场强度:- 解:根据公式B = μ₀nI,其中μ₀为真空中的磁导率,n为线圈匝数密度,I为电流强度,代入数值计算得到磁场强度为4π×10⁻⁴T。
练1. 线圈A和线圈B之间相距较远,线圈A的磁通量在变化。
根据法拉第电磁感应定律和楞次定律,分析线圈B中会产生的电流方向和大小。
2. 一个圆形线圈的半径为0.5m,匝数为1000匝。
当通过线圈的磁感应强度为2T时,求线圈中的磁场强度。
以上是必修4电磁感应的复习文档,包含知识点介绍、经典例题和练习题。
希望对你的学习有所帮助!。
高二物理 电磁感应现象典型例题解析
电磁感应现象·典型例题解析【例1】如图17-1所示,P为一个闭合的金属弹簧圆圈,在它的中间插有一根条形磁铁,现用力从四周拉弹簧圆圈,使圆圈的面积增大,则穿过弹簧圆圈面的磁通量的变化情况________,环内是否有感应电流________.解析:本题中条形磁铁磁感线的分布如图所示(从上向下看).磁通量是穿过一个面的磁感线的多少,由于进去和出来的磁感线要抵消一部分,当弹簧圆圈的面积扩大时,进去的磁感条数增加,而出来的磁感线条数是一定的,故穿过这个面的磁通量减小,回路中将产生感应电流.点拨:会判定合磁通量的变化是解决此类问题的关键.【例2】如图17-2所示,线圈面积为S,空间有一垂直于水平面的匀强磁场,磁感强度为B特斯拉,若线圈从图示水平位置顺时针旋转到与水平位置成θ角处(以OO’为轴),线圈中磁通量的变化量应是________Wb,若旋转180°,则磁通量的变化量又为________Wb.解析:开始位置,磁感线垂直向上穿过线圈,Φ=BS,转过θ时,由B.S关系有Φ2=BScosθ,故ΔΦ=BS(1-c osθ)当转过180°时,此时,Φ2=BS,不过磁感线是从线圈另一面穿过∴ΔΦ=2BS点拨:有相反方向的磁场穿过某一回路时,计算磁通量必须考虑磁通量的正负.【例3】如图17-3所示,开始时矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场内,一半在匀强磁场外.若要线圈产生感应电流,下列方法可行的是[ ] A.将线圈向左平移一小段距离B.将线圈向上平移C.以ad为轴转动(小于90°)D.以ab为轴转动(小于60°)E.以dc为轴转动(小于60°)点拨:线圈内磁通量变化是产生感应电流的条件参考答案:ACD【例4】如图17-4所示装置,在下列各种情况中,能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是[ ] A.开关S接通的瞬间B.开关S接通后,电路中电流稳定时C.开关S接通后,滑线变阻器触头滑动的瞬间D.开关S断开的瞬间点拨:电流变化时能引起它产生的磁场变化.参考答案:ACD跟踪反馈1.一个十分灵敏的电流表和一个线圈组成闭合电路,当把它们移近一个正在发光的电灯泡时,灵敏电流表的指针是否运动?2.宇航员来到一个不熟悉的星球上,他想用已知灵敏电流计和一个线圈探测一个行星上是否有磁场,应该怎么做?3.如图17-5所示,在垂直纸面向里的匀强磁场中,有两条平行导轨MN、PQ,它们的一端接有一个电阻R,其间还有一个闭合导线框abcd且MN、PQ与abcd均在同一平面内,都与磁场方向垂直,当abcd向右滑动时(框与轨接触良好)(1)在abcd中有无闭合的电流?(2)ad、bc有无感应电流?(3)有无电流通过电阻R,为什么?4.在地球附近的磁感应强度大约为0.5×10-4T,将一个2m2的线框放在地面上,通过它的磁通量可能为[ ] A.1.0×10-4WbB.0C.0.5×10-4WbD.2.0×10-4Wb参考答案1.摆动;2.将线圈与灵敏电流计构成回路,然后将线圈向各个方向来回摆动.若灵敏电流计指针摆动,则有磁场;3.(1)无;(2)有;(3)有;(4)ABC.。
电磁感应大题题型总结
电磁感应大题题型总结一、导体棒切割磁感线产生感应电动势类1. 单棒平动切割磁感线- 题目示例:- 如图所示,在一磁感应强度B = 0.5T的匀强磁场中,垂直于磁场方向水平放置着两根相距为h = 0.1m的平行金属导轨MN与PQ,导轨的电阻忽略不计。
在两根导轨的端点N、Q之间连接一阻值R=0.3Ω的电阻。
导轨上跨放着一根长为L =0.2m,每米长电阻r = 2.5Ω/m的金属棒ab,金属棒与导轨正交,交点为c、d。
当金属棒以速度v = 4.0m/s向左做匀速运动时,求:- (1)金属棒ab中感应电动势的大小;- (2)通过金属棒ab的电流大小;- (3)金属棒ab两端的电压大小。
- 解析:- (1)根据E = BLv,这里L = h = 0.1m(有效切割长度),B = 0.5T,v = 4.0m/s,则E=Bh v = 0.5×0.1×4.0 = 0.2V。
- (2)金属棒的电阻R_ab=Lr = 0.2×2.5 = 0.5Ω。
电路总电阻R_总=R +R_ab=0.3+0.5 = 0.8Ω。
根据I=(E)/(R_总),可得I=(0.2)/(0.8)=0.25A。
- (3)金属棒ab两端的电压U = E - IR_ab=0.2 - 0.25×0.5 = 0.075V。
2. 双棒切割磁感线- 题目示例:- 如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ = 30^∘的斜面上,导轨电阻不计,间距L = 0.4m。
导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ,两区域的边界与斜面的交线为MN,Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下,Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为B = 0.5T。
在区域Ⅰ中,将质量m_1=0.1kg,电阻R_1=0.1Ω的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。
然后,在区域Ⅱ中将质量m_2=0.4kg,电阻R_2=0.1Ω的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑。
电磁感应专题
电磁感应专题考点例析电磁感应是电学的重点,是高中物理中难度较大、综合性最强的部分。
这一章是高考必考内容之一。
如感应电流产生的条件、方向的判定、自感现象、电磁感应的图象问题,每年必考,题目多以选择题、填空题的形式出现,难度一般中档左右。
而感应电动势的计算、法拉第电磁感应定律,因与力学、电路、磁场、能量、动量等密切联系,涉及知识面广,综合性强,能力要求高,灵活运用相关知识综合解决实际问题,成为高考的重点。
本章知识应用,和生产、生活、高科技联系紧密,如日光灯原理、磁悬浮列车的确原理、电磁阻尼现象、延时开关、传感器的原理、超导技术的应用、电磁流量计等,要特别关注此类问题。
一、夯实基础知识1.深刻理解磁通量的概念及产生感应电流条件。
(1)磁通量:穿过某一面积的磁感线条数。
公式为BSsinαΦ=,其中a是指回路平面与磁感强度方向的夹角。
(2)合磁通:若通过一个回路中有方向相反的磁场,则不能直接用公式BSsinαΦ=求Φ,应考虑相反方向抵消以后所剩余的磁通量,亦即此时的磁通是合磁通。
(3)产生感应电流的条件:穿过闭合回路的磁通量发生的变化。
若电路不闭合,即使有感应电动势产生,也没有感应电流。
2.深刻理解楞次定律和右手定则。
(1)感应电流方向的判断有两种方法:楞次定律和右手定则。
当闭合电路中磁通量发生变化时,用楞次定律判断感应电流方向,但当闭合电路中一部分导体做切割磁感线运动时,则用右手定则就比较简便。
(2)楞次定律的内容:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的原磁通的变化。
可理解为:如原来磁场在增强,感应电流磁场与原磁场反向;如原来磁场在减弱,感应电流磁场就与原磁场方向一致。
“阻碍”不是“阻止”,线圈中的磁通量还是在改变的。
(3)应用楞次定律的基本程序是:(1)弄清原磁场是谁产生的(由磁体还是电流产生),画出穿过闭合回路的磁场方向和分析磁通量的变化情况(增或减);(2)判定感应电流磁场的方向;当磁通量增加时感应电流磁场与原磁场方向相反;当磁通量减少时感应电流的磁场与原磁场方向相同;(3)用安培定则(右手螺旋定则)确定感应电流的方向。
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电 磁 感 应 专 题 复 习 例 析一、电磁感应中电流方向问题例、(06广东物理卷) )如图1所示,用一根长为L 质量不计的细杆与一个上弧长为l 0、下弧长为d 0的金属线框的中点联结并悬挂于O 点,悬点正下方存在一个上弧长为2l 0、下弧长为2d 0的方向垂直纸面向里的匀强磁场,且d 0《L 。
先将线框拉开到如图1所示位置,松手后让线框进入磁场,忽略空气阻力和摩擦。
下列说法正确的是 A .金属线框进入磁场时感应电流的方向为: a →b →c →d →aB .金属线框离开磁场时感应电流的方向为:a →d →c →b →aC .金属线框dc 边进入磁场与ab 边离开磁场的速度大小总是相等D .金属线框最终将在磁场内做简谐运动分析:金属线框进入磁场时,由于电磁感应,产生电流,根据楞次定律判断电流的方向为:a →b →c →d →a 。
金属线框离开磁场时由于电磁感应,产生电流,根据楞次定律判 断电流的方向为 a →d →c →b →a 。
根据能量转化和守恒,可知,金属线框dc 边进入 磁场与ab 边离开磁场的速度大小不相等。
如此往复摆动,最终金属线框在匀强磁场内摆动, 由于d 0《L ,单摆做简谐运动的条件是摆角小于等于10度,故最终在磁场内做简谐运动。
答案为D 。
小结:本题考查了感应电动势的产生条件,感应电流方向的判定,物体做简谐运动的条件,这些是高中学生必须掌握的基础知识。
感应电动势产生的条件只要穿过回路的磁通量发生变化,回路中就产生感应电动势,若电路闭合则有感应电流产生。
因此弄清引起磁通量的变化因素是关键,感应电流的方向判定可用楞次定律与右手定则,在应用楞次定律时要把握好步骤:先明确回路中原磁场的方向及磁通量的变化情况,再依楞次定律确定感应电流的磁场方向,然后根据安培定则确定感应电流的方向。
线圈在运动过程中的能量分析及线框最终的运动状态的确定为此题增大了难度。
练习:[06四川卷] 如图2所示,接有灯泡L 的平行金属导轨水平放置在匀强磁场中,一导体杆与两导轨良好接触并做往复运动,其运动情况与弹簧振子做简谐运动的情况相同。
图中O 位置对应于弹簧振子的平衡位置,P 、Q 两位置对应于弹簧振子的最大位移处。
若两导轨的电阻不计,则A .杆由O 到P 的过程中,电路中电流变大B .杆由P 到Q 的过程中,电路中电流一直变大C .杆通过O 处时,电路中电流方向将发生改变D .杆通过O 处时,电路中电流最大图2解答:D二、电磁感应中的多级感应问题例、如图所示,ab 、cd 金属棒均处于匀强磁场中,cd 原静止,当ab 向右运动时,cd 如何运动(导体电阻不计) (A )若ab 向右匀速运动, cd 静止; (B )若ab 向右匀加速运动, cd 向右运动; (C )若ab 向右匀减速运动, cd 向左运动分析:这是多级电磁感应问题,ab 相当于一个电源,右线圈相当于负载;左线圈相当于电源,cd 相当于负载。
ab 运动为因,切割磁感线产生感应电流为果,电流流过右线圈为因,右线圈中形成磁场为果,右线圈磁场的磁感线通过左线圈,磁场变化时为因,左线圈中产生感应电流为果,感应电流流过cd 为因,cd 在左磁场中受安培力作用而运动为果。
故A/B 、C 均正确。
小结:分析电磁感应现象中的多级感应问题,要正确处理好因果关系,步步为营,紧扣闭合回路及回路中的磁通量的变化这一关键,对于线圈问题还应注意线圈的绕向。
练习、在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨,导轨跟大线圈M 相接,如图所示。
导轨上放一根导线ab ,磁力线垂直于导轨所在平面。
欲使M 所包围的小闭合线圈N 产生顺时针方向的感应电流,则导线的运动可能是A 、 向右运动B 、加速向右运动C 、减速向右运动D 、加速向左运动分析:此题可用逆向思维的方法分析。
欲使N 产生顺时针方向的感应电流,感应电流在N 中的磁场方向垂直纸面向里,由楞次定律可知,有两种情况:一是M 中有顺时针方向的逐渐减小的电流,其在N 中的磁场方向亦向里,且磁通量在减小;二是M 中有逆时针方向的逐渐增大的电流,其在N 中的磁场方向为向外,且磁通量在增大,对于前者,应使ab 减速向右运动;对于后者,应使ab 加速向左运动,故CD 正确。
三、电磁感应中的动力学问题例、(2005年上海)如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m ,导轨平面与水平面成θ=370角,下端连接阻值为R 的电阻。
匀强磁场的方向与导轨平面垂直。
质量为0.2㎏、电阻不计的导体棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并且接触良好,它们间的动摩擦因数为0.25。
(1)金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小。
(2)当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻R 消耗的功率为8W ,求该速度的大小。
(3)在上问中,若R=2Ω,金属棒中电流方向由a 到b ,求磁感应强度的大小与方向。
(g=10m/s 2,sin370=0.6,cos370=0.8)分析: (1)金属棒开始下滑时初速度为零,根据牛顿第二定律有:mgsin θ-μmgcos θ=ma代入数据得:a=10×(0.6-0.25×0.8)m/s 2=4m/s 2(2)设金属棒达到稳定时,速度为v ,所受安培力为F ,棒在沿导轨方向受力平衡,则mgsin θ-μmgcos θ-F=0此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻R 消耗的电功率Fv=P× × · · · ·· · a b cdV=()s m s m mg mg P F P /10/8.025.06.0102.08cos sin =⨯-⨯⨯=-=θμθ (3)设电路中电流强度为I ,两导轨间金属棒的长度为L ,磁场的感应强度为B ,则I=RvBLP=I 2R由以上两式得 B=T T vL PR 4.011028=⨯⨯= 磁场的方向垂直导轨平面向上。
小结:此题为电磁感应知识与力学、电路知识的综合问题,此类题目常以导轨运动为背景,解决此类题的关键是对金属导体作出正确的受力分析,并通过运动状态的动态分析来寻找过程的临界状态,得出速度、加速度的极值条件,找到解题的突破口,然后综合运用力学及电学规律分析和解决实际问题。
练习、(06重庆卷)两根相距为L 的足够长的金属直角导轨如题21图所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面。
质量均为m 的金属细杆ab 、cd 与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与导轨之间的动摩擦因数为μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R 。
整个装置处于磁感应强度大小为B ,方向竖直向上的匀强磁场中。
当ab 杆在平行于水平导轨的拉力F 作用下以速度V 1沿导轨匀速运动时,cd 杆也正好以速率向下V 2匀速运动。
重力加速度为g 。
以下说法正确的是A .ab 杆所受拉力F 的大小为μmg +2212B L V RB .cd 杆所受摩擦力为零C . 回路中的电流强度为12()2BL V V R +D .μ与大小的关系为μ=2212RmgB L V解答案:AD四、电磁感应中的电路问题例、如图所示,在磁感强度为B 的匀强磁场中有一半径为L 的金属圆环。
已知构成圆环的电线电阻为4r 0,以O 为轴可以在圆环上滑动的金属棒OA 电阻为r 0,电阻R 1=R 2=4r 0。
如果OA 棒以某一角速度匀速转动时,电阻R 1的电功率最小值为P 0,那么OA 棒匀速转动的角速度应该多大?(其它电阻不计)分析:OA 棒的感应电动势ε=BL 2ω/2,等效电路如图所示,当OA 棒A 端处于圆环最上端时,即r 环1= r 环2时,圆环的等效电阻最大,其值r=r 环1r 环2/ (r 环1+ r 环2)=r 0 干路中的最小电流甲2E -E -2E 00000ABC图3I=2212108r BL R R R R r r ωε=+++电阻R 1的最小功率P 0=02420264421r L B r I ω=⋅⎪⎭⎫⎝⎛小结:电磁感应现象常与恒定电路相结合构建综合题,分析此类问题时一般遵循“三步曲”即:用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向,找准等效电源;正确画好等效电路,区分内、外电路,路端电压与电动势;灵活运用闭合电路欧姆定律,串、并联电路的性质及电功、电功率、电热等计算公式求解相关物理量。
练习(05天津)图中MN 和PQ 为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距l 为0.40m ,电阻不计。
导轨所在平面与磁感应强度B 为0.50T 的匀强磁场垂直。
质量m 为6.0×10-3kg 、电阻为1.0Ω的金属杆ab 始终垂直于导轨,并与其保持光滑接触。
导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为3.0Ω的电阻R 1。
当杆ab 达到稳定状态时以速率v 匀速下滑,整个电路消耗的电功率P 为0.27W ,重力加速度取10m/s2,试求速率v 和滑动变阻器接入电路部分的阻值R 2。
(4.5m/s ,6.0Ω)五、电磁感应中的图象问题例、(06天津卷 )在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,规定线圈中感应电流的正方向如图1所示,当磁场的磁感应强度B 随时间t 如图2变化时,图3中正确表示线圈感应电动势E 变化的是乙R 1 a图1图2分析:在第1s 内,由楞次定律可判定电流为正,其产生的感应电动势E 1=S t B t 1111∆∆=∆∆φ,在第2s 和第3s 内,磁场B 不变化,线圈中无感应电流,在第4s 和第5s 内,B 减小,由楞次定律可判定,其电流为负,产生的感应电动势E 1=S t B t 2222∆∆=∆∆φ,由于ΔB 1=ΔB 2,Δt 2=2Δt 1,故E 1=2E 2,由此可知,A 选项正确。
小结:1、此题考查了电磁感应中的图象问题,正确理解图象问题,必须根据图象的定义把图象反映的规律应用到实际过程中去,同时把实际过程对应到图象中去,然后根据实际过程的物理规律判断。
2、电磁感应现象中的图象问题可分为两种类型:一是通过对电磁感应过程分析选出或画出正确的图象;二是由给定的图象分析电磁感应过程,确定相关的物理量.在此两类问题中所中涉及到的图象也有两种情况:一是各物理量随时间t 变化的图象,如B - t 图线、Φ- t 图线、E - t 图线、I - t 图线等;二是各物理量随线圈或导体的位移x 变化的图线,如E - x 图线、I - x 图线等.解决图象问题的关键是首先要弄清闭合回路中的磁通量变化情况及线框中感应电流I 随时间的变化关系,再利用右手定则、法拉第电磁感应定律等规律分析解决,同时注意感应电流的方向与规定正向方向之间的关系,并巧妙地利用t ∆∆Φ或tI∆∆分析问题。